宿舍智能防火防盜報(bào)警系統(tǒng)方案

1、.wd.wd.wd.宿舍防火防盜智能報(bào)警系統(tǒng)摘要：本系統(tǒng)采用ARM1138單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的控制核心，利用Q-2煙霧傳感器實(shí)現(xiàn)煙霧檢測，熱釋電人體紅外傳感器實(shí)現(xiàn)人體檢測，紅外光電傳感器檢測人員進(jìn)出，URAT模塊實(shí)現(xiàn)異地通訊和網(wǎng)絡(luò)控制，鍵盤輸入密碼解警，無線發(fā)射器和無線接收?qǐng)?bào)警器實(shí)現(xiàn)貴重物品進(jìn)出檢測，蜂鳴器模塊實(shí)現(xiàn)報(bào)警，所有記錄情況采用液晶顯示。上位機(jī)與主控端直接通信，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，表達(dá)智能化。主控端可以與各監(jiān)控端通信，能顯示當(dāng)前各監(jiān)控端的安全信息。監(jiān)控端具有人體監(jiān)測、煙霧監(jiān)測、聲光報(bào)警。煙霧傳感器放大電路、聲光報(bào)警電路、鍵盤電路、穩(wěn)壓電源電路經(jīng)過測試均到達(dá)較好效果。利用有線通信實(shí)現(xiàn)主控端對(duì)各

2、宿舍監(jiān)控端傳感器模塊的控制。經(jīng)過測試，本系統(tǒng)能夠很好的完成題目各項(xiàng)要求。關(guān)鍵詞：ARM1138；UART通信；煙霧傳感器；熱釋電人體紅外傳感器方案論證與設(shè)計(jì)給出總體方案，列舉出關(guān)鍵技術(shù)，分別對(duì)關(guān)鍵技術(shù)闡述方案。 控制模塊方案 方案一：采用通用的51單片機(jī)作為主控制器。51單片機(jī)通用靈活、價(jià)格低廉、使用方便，但此單片機(jī)字長有限，數(shù)據(jù)處理能力很弱，處理速度較慢，資源不夠豐富，需要擴(kuò)展較多的外圍電路，降低了系統(tǒng)的可靠性，增加了制作的費(fèi)用，難以滿足本設(shè)計(jì)要求。 方案二：可編程邏輯器件CPLD,它具有編程靈活、集成度高、設(shè)計(jì)開發(fā)周期短、適用范圍寬、開發(fā)工具先進(jìn)、設(shè)計(jì)制造成本低、標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品無需測試等特點(diǎn)，可

3、實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模的電路設(shè)計(jì)。但是，該器件主要依賴于軟件設(shè)計(jì)，缺少硬件的配合，致使程序設(shè)計(jì)復(fù)雜，難以使用，運(yùn)算速度太快。CPLD同樣難以滿足本設(shè)計(jì)的需要。 方案三： 采用 ARM1138 單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，此單片機(jī)I/O接口比較多，易于擴(kuò)展外圍電路，開發(fā)板集成了鍵盤、數(shù)碼管，時(shí)鐘、ZLG7290等芯片。另外方便的是該芯片內(nèi)置在線仿真，編程接口，可以方便實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試，這大大簡化了系統(tǒng)的開發(fā)和調(diào)試的復(fù)雜度。對(duì)以上三種方案進(jìn)展比較，方案一需要擴(kuò)展較多的外圍電路，降低了系統(tǒng)的可靠性，增加了制作的費(fèi)用，方案二依賴于軟件設(shè)計(jì)，缺少硬件的配合，致使程序設(shè)計(jì)復(fù)雜，難以使用，采用方案三接口比較多，可以方便實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試，這

4、大大簡化了系統(tǒng)的開發(fā)和調(diào)試的復(fù)雜度。電源模塊方案一：采用兩節(jié)4.2V可充電式鋰電池供電，經(jīng)過7805的電壓變換后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。鋰電池的電量比較足，并且可以充電，重復(fù)利用，因此，這種方案比較可行。但鋰電池的價(jià)格過于昂貴，這會(huì)大大超出我們的預(yù)算，為遵循此次大賽成本低的原那么，放棄了這種方案。方案二： 采用9V干電池經(jīng)7805降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他傳感器供電。電池電量低，使用后丟棄會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，不符合綠色環(huán)保的理念。方案三：采用直流穩(wěn)壓電源。輸出精度高，0到32V可調(diào)，調(diào)節(jié)范圍大，使用簡單，能為單片機(jī)提供穩(wěn)定的工作環(huán)境。經(jīng)過比較，采用方案三。有線模塊方案方案一：紅外通信，紅

5、外通信器件易得，價(jià)格低廉，但必須直線收發(fā)是其致命弱點(diǎn)。方案二：采用自制的無線電發(fā)射和接收電路進(jìn)展無線收發(fā)，此方案雖然思路簡單，但是硬件電路的連接與調(diào)試十分復(fù)雜，裝置工作時(shí)的穩(wěn)定性難以保證。方案三：綜合使用RS485總線和RS232總線，通過RS485與RS232接口轉(zhuǎn)換，將通過RS485的信息通過RS232傳到單片機(jī)上，但是這需要連線布局，較為麻煩。方案四：采用UART有線通信模塊，UART有線通信協(xié)議十分簡單，以低電平作為起始位，高電平作為停頓位，中間可傳輸58比特?cái)?shù)據(jù)和一比特奇偶校驗(yàn)位，奇偶校驗(yàn)位的有無和數(shù)據(jù)比特的長度有通信雙方約定。收發(fā)可同時(shí)進(jìn)展，互不干擾。綜上考慮，我們選用UART有線

6、通信模塊，確保了通信的流暢性和準(zhǔn)確性。顯示局部設(shè)計(jì)方案方案一：采用八位共陰極LED數(shù)碼管進(jìn)展顯示，利用單片機(jī)串行口的移位存放器工作方式，外接MAX7219串行輸入共陰極顯示驅(qū)動(dòng)器，每片可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LED數(shù)碼管。方案二：采用點(diǎn)陣字符型TS12864A-3LCD液晶顯示，可以顯示數(shù)字與阿拉伯字母等字符，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的開展，TS12864A-3LCD的液晶顯示越來越廣泛的應(yīng)用于各種顯示場合。比較這兩種方案，數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)簡單，但顯示信息量少，功耗大；利用液晶顯示可以工作在低電壓、低功耗下，顯示界面友好、內(nèi)容豐富，綜合考慮，選用TS12864A-3LCD來實(shí)現(xiàn)顯示功能。煙霧檢測模塊方案方案一：采用光敏

7、傳感器，該傳感器是最常見的傳感器之一，可以對(duì)許多煙霧濃度進(jìn)展檢測，但是在進(jìn)展檢測時(shí)要將煙霧信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)才可以，經(jīng)嘗試，電路不穩(wěn)定，不易控制。方案二：采用Q2煙霧傳感器，它是一種離子是煙霧傳感器，工作性能穩(wěn)定可靠，低功耗，構(gòu)造設(shè)計(jì)獨(dú)特，防蟲、防塵、抗外界光線干擾并且有特殊的防潮設(shè)計(jì)?？梢詮V泛運(yùn)用到各種消防報(bào)警系統(tǒng)中，性能遠(yuǎn)優(yōu)于氣敏電阻類的火災(zāi)報(bào)警器，并且價(jià)格適中。綜合考慮我們選擇方案二。人員監(jiān)測模塊的選擇方案一：采用光電開關(guān)。它是利用被檢測物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通，從而檢測物體有無的。物體不限于人、動(dòng)物、金屬等，所有能反射光線的物體均可被檢測。因此，它不能起到只檢測宿舍有無人員的

8、作用，并且監(jiān)測距離有限。方案二：利用圖像識(shí)別的原理。先提前把宿舍人員信息存儲(chǔ)起來，對(duì)宿舍的人員進(jìn)展區(qū)分，當(dāng)非本宿舍人員進(jìn)入時(shí)便提示并報(bào)警，直到宿舍人成認(rèn)并消除報(bào)警后再停頓報(bào)警，利用圖像識(shí)別不僅能實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，而且還能實(shí)現(xiàn)記錄進(jìn)入人的面貌，但是其成本高，推廣起來不方便，不適用于學(xué)校宿舍的推廣。方案三：采用熱釋電人體紅外傳感器。菲涅爾濾光片能有效地讓人體輻射的紅外線通過，而阻止太陽光、燈光等可見光中的紅外線通過，免除干擾。在電子防盜、人體探測器領(lǐng)域中，應(yīng)用廣泛，技術(shù)性能穩(wěn)定。本身不發(fā)生任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好，價(jià)格低廉。綜合考慮以上情況我們選擇方案三。提示鎖門模塊方案一：采用自制的蜂

9、鳴器電路，實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。該方案實(shí)現(xiàn)比較容易，蜂鳴器的聲音可以很好的提示鎖門。并且所有報(bào)警電路都用蜂鳴器模塊，節(jié)省了I/O口線資源。方案二：采用ARM1138內(nèi)部自帶的語音模塊，以軟件的形式實(shí)現(xiàn)。程序設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，并且降低程序執(zhí)行效率。綜合考慮，選用方案一。貴重物品檢測模塊方案一:采用振動(dòng)傳感器。將振動(dòng)的加速度轉(zhuǎn)換成與之成比例的電壓輸出。可以檢測環(huán)境振蕩及低振蕩，當(dāng)物體移動(dòng)時(shí)就報(bào)警，到達(dá)實(shí)時(shí)檢測，但是其抗干擾能力低，而且麻煩，不利于一些經(jīng)常移動(dòng)的物體檢測。方案二：根據(jù)超市等一些大型場合的防偷盜檢測原理，采用貼條形碼的形式，將貴重物品的外表貼上條形碼，將檢測裝置放置在宿舍的門口，當(dāng)物品被拿出時(shí)便報(bào)

10、警。方案三：采用再昂貴物品上裝信號(hào)發(fā)生器，在監(jiān)測地點(diǎn)裝信號(hào)接收器，當(dāng)貴重物品被拿出超過一定范圍之后，自動(dòng)發(fā)生報(bào)警信號(hào)，以此來監(jiān)測貴重物品。此物品小巧，廉價(jià)，使用簡單并且監(jiān)測效果較好。綜合上述方案，考慮推廣普及成本及監(jiān)測效果，采用方案三。原理分析與硬件電路圖穩(wěn)壓電源模塊根據(jù)系統(tǒng)要求，我們使用直流信號(hào)源，為單片機(jī)提供一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓，確保機(jī)內(nèi)核、外設(shè)以及外接傳感器工作準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性。傳輸模塊設(shè)計(jì)我們采用的有線傳輸模組以芯片集成UART模塊為核心，使得設(shè)備之間即使晶振頻率不同也可進(jìn)展異步通信，完全可編程的串口接口特性，可有效降低誤碼率，使用簡單可靠。實(shí)現(xiàn)宿舍情況數(shù)據(jù)的異地監(jiān)控。鍵盤模塊設(shè)計(jì)我們采用

11、 28鍵盤實(shí)現(xiàn)輸入密碼解碼解除報(bào)警功能，并且可以用鍵盤模擬鎖門與未鎖門，開啟與關(guān)閉人體檢測功能。電路圖見附錄圖2煙霧檢測模塊 我們采用Q2煙霧傳感器，每個(gè)宿舍安裝一個(gè)Q2煙霧傳感器，它是通過監(jiān)測煙霧的濃度來實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防范的，當(dāng)有煙霧時(shí)它產(chǎn)生一個(gè)高電平，并將此高電平輸出給單片機(jī)，單片機(jī)得到高電平信號(hào)控制報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并使LED燈發(fā)光。為遵循此次比賽低成本原那么，我們未采用現(xiàn)有的煙霧傳感器的模組。調(diào)試過程中我們嘗試過多種方案，如利用反相器等設(shè)計(jì)的方案，最終確定用該模塊實(shí)現(xiàn)煙霧檢測。最終設(shè)計(jì)的煙霧傳感器電路原理圖如附錄圖3人體檢測模塊題目要求我們檢測出宿舍人員的進(jìn)出情況并記錄人數(shù)，假設(shè)只用兩個(gè)

12、熱釋電人體紅外傳感器來檢測并計(jì)數(shù)，由于它的反響速度較慢，當(dāng)兩人或兩人以上同時(shí)進(jìn)入宿舍時(shí)它無法識(shí)別，因此，我們額外用了兩個(gè)紅外傳感器來計(jì)數(shù)?？紤]到以上情況，我們采用熱釋電人體紅外傳感器來識(shí)別是否有溫度變化即是否進(jìn)出物是人，用紅外避障傳感器來統(tǒng)計(jì)出入人數(shù)。人體檢測功能可關(guān)閉，需要時(shí)用鍵盤開啟。開啟時(shí)如果檢測到有人就開啟聲光報(bào)警。通過算法可使兩個(gè)紅外避障傳感器分辨人員進(jìn)、出兩種狀態(tài)。從而計(jì)算出宿舍人數(shù)。 當(dāng)宿舍人數(shù)為零，并且門已鎖時(shí)(可用鍵盤模擬)，開啟人體檢測，如果檢測到有人進(jìn)入，那么進(jìn)展報(bào)警。熱釋電紅外傳感器原理圖如附錄圖4所示顯示模塊設(shè)計(jì)在系統(tǒng)中，利用TS12864A-3LCD液晶顯示模組作為

13、顯示模塊，利用鍵盤相應(yīng)按鍵顯示時(shí)間、人數(shù)、人員的進(jìn)出情況、煙霧檢測情況以及輸入密碼解警情況。該模塊具有計(jì)數(shù)、狀態(tài)顯示、時(shí)間顯示等功能。 提示鎖門模塊設(shè)計(jì)當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)檢測宿舍無人時(shí)，由內(nèi)部程序控制麥克發(fā)出報(bào)警，提示鎖門，鎖門后即使宿舍無人也不會(huì)報(bào)警，鍵盤可模擬是否鎖門。貴重物品檢測模塊設(shè)計(jì)由一個(gè)無線發(fā)射器和一個(gè)無線接收?qǐng)?bào)警器，發(fā)射器一直保持發(fā)射狀態(tài)，將發(fā)射器放在貴重物品里，當(dāng)發(fā)射器離開接收器一段距離后，發(fā)射器開場報(bào)警。軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用C語言，對(duì)單片機(jī)進(jìn)展編程實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。程序在windows 環(huán)境下采用ARM1138編程開發(fā)環(huán)境下編寫，可實(shí)現(xiàn)宿舍內(nèi)人員的進(jìn)出情況檢測以及人數(shù)記錄、煙霧

14、檢測、聲光報(bào)警、異地監(jiān)控、輸入密碼解警、宿舍無人提示鎖門、記錄安防情況等功能。從機(jī)程序流程圖 中斷程序流程圖 主機(jī)程序流程圖測試系統(tǒng)與誤差分析煙霧傳感器煙霧傳感器內(nèi)部有一個(gè)加熱絲，加熱一段時(shí)間后才會(huì)有反響，即需要預(yù)熱，預(yù)熱后，當(dāng)有煙霧時(shí)就會(huì)輸出高電平，煙霧散去那么輸出低電平。測量情況如表1：根據(jù)以上數(shù)據(jù)，由于我們采用的比較器基準(zhǔn)電壓由TL431提供，最小值為2.5V,我們將可變電阻調(diào)到了40K左右。熱釋電人體紅外傳感器測試熱釋電傳感器模塊上有兩個(gè)電位器，一個(gè)可以調(diào)節(jié)延時(shí)時(shí)間，另一個(gè)可以調(diào)節(jié)測試距離。經(jīng)過五次測量取平均值，我們測試的數(shù)據(jù)如表2： 表2熱釋電紅外傳感器測試熱釋電紅外人體與正前方的夾

15、角可檢測的最大距離可檢測的最小距離延時(shí)時(shí)間調(diào)節(jié)兩個(gè)電位器0633cm180cm1.75s15583cm164cm1.83s30555cm142cm1.79s45486cm130cm1.81s60度以上檢測不到光電傳感器測試給紅外接近開關(guān)加5V電壓，適當(dāng)拉近或遠(yuǎn)離反射物體，調(diào)整電位器的大小，使得紅外接近開關(guān)在一定范圍內(nèi)能檢測到反射物體。經(jīng)調(diào)整，傳感器測到反射物體的有效距離及傳感器相應(yīng)角度，如表3： 表3 紅外接近傳感器測試所加電壓檢測平均最小距離檢測平均最大距離次數(shù)533cm45cm10731cm100cm10938cm110cm10總結(jié)，雖說規(guī)定該傳感器工作電壓為5v,但是經(jīng)我們檢測，符合安全

16、標(biāo)準(zhǔn)的最正確工作電壓在7v左右，因此我們采用7v電壓供電。設(shè)計(jì)總結(jié)本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了題目的 基本要求，發(fā)揮局部也大局部實(shí)現(xiàn)了功能。通過不斷的硬件試驗(yàn)和程序調(diào)試，宿舍防盜防火報(bào)警系統(tǒng)能較好的按照題目的要求運(yùn)行。期間我們也遇到了很多問題。曾不斷調(diào)試煙霧傳感器的準(zhǔn)確度，讓其到達(dá)比較準(zhǔn)確地目的。由于時(shí)間緊，工作量大，加之經(jīng)歷缺乏，水平有限，系統(tǒng)還存在很多需要改進(jìn)的地方。本次競賽極大地鍛煉了我們各方面的能力，讓我們懂得了合作的重要性與思維的無限性。雖然我們遇到了很多困難與障礙，但是總體上成功與挫折交織，困難與希望并存，今后我們將繼續(xù)努力，爭取更大進(jìn)步。參考文獻(xiàn)陳炳和.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)根基.北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2001.謝自美.電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測試第二版.武漢：華中理工出版社，2000.閻石?數(shù)字電子技術(shù)根基?高等教育出版社，2006.5童詩白 ?模擬電子技術(shù)根基?高等教育出版社，2006.5曾興雯?高頻電子線路?高等教育出版社 2004.1附錄圖1 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖圖2 鍵盤電路圖圖3 煙霧傳感器原理圖圖4 熱釋電紅外傳感